1、本科毕业论文（20 届）基于 52 单片机的脉搏计设计 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 苏 州 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）i目录前言 .3第一章 脉搏与测量仪器. 4第 1.1 节 脉搏信号测量仪的发展 .4第 1.2 节 课题设计的目的与意义 .5第二章 设计思路 .6第 2.1 节 方案选择 .6第 2.2 节 模块设计 .7第 2.3 节 系统设计 .7第三章 硬件设计. 8第 3.1 节 单片机的功能和特点 .8第 3.2 节 脉搏传感器 .13第 3.3 节 双运算放大电路 .15第 3.4 节 显示电路 .16
2、第四章 软件设计 .19第 4.1 节 Proteus 软件使用方法 .19第 4.2 节 系统程序设计 .20第五章 系统调试与测试.24第 5.1 节 系统调试 .24第 5.2 节 系统检测 .24第 5.3 节 误差分析 .26结 论 .27致 谢 .28参 考 文 献 .29附 录.30苏 州 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）1摘要脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生。从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。脉搏信号检测系统可以实现对脉搏的快速、准确测量。该系统是基于 52 单片机的系统，主要分为硬件和软件两部分。系统硬件电路设
3、计主要包括：脉搏信号调理电路、LED 显示电路；软件部分主要是利用 C 语言通过 Keil 编程控制单片机完成工作任务。仿真、调试采用 proteus 进行，最终完成满足设计要求的脉搏信号测量系统。本系统可显示测量结果。【关键词】：脉搏波；52 单片机；硬件电路；Keil；苏 州 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）2Abstract The pulse mainly due to the human artery diastolic and systolic.Using the bodys physiological and pathological information whi
4、ch extracted from the pulse wave as the basis of the clinical diagnosis and treatment, has always been the focus of the global medical community. The pulse signal measuring system can achieve measuring pulse quickly and accurately. The system is based on 52 single-chip system and divided into two pa
5、rts of hardware and software. The part of hardware design includes: the pulse signal conditioning circuit,the sampling circuit and the display circuit；the software part mainly use the Keil which rely on C programming language to control MCU to complete tasks.Using the Proteus to simulating and debug
6、ging. This system can display the measure results.【Keywords】 ：pulse wave ；52MCU；hardware；circuit；Keil ； 苏 州 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）3前言脉搏波所呈现出来的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，能反映出人体心血管系统中许多生理疾病的血流特征。从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。几乎世界上所有的民族都用过“摸脉”作为诊断疾病的手段。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息
7、，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征,因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。脉搏信号检测仪是治疗心血管类疾病的主要依据，具有诊断可靠，方法简便，对病人无损害等优点，在现代医学中变得越来越重要。脉搏信号检测系统是基于 52 单片机的设计，具有很高的医学价值和应用前景。本设计通过采用光电传感器采集人体手指生物信号转变经运算放大整合以显示出人体的实际脉搏。在测量脉搏时只需要动用一根手指，具有方便，快捷，对病人无损害，精确度高等优点。苏 州 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）4第一章 脉搏与测量仪器第 11 节 脉搏信号测量仪的发展心血管疾病是危害人类健
8、康的第一大病症,脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息,能准确反映出人体心血管系统的许多生理病理状况。通过对脉搏波信号的检测和分析,可快捷地得出被测者的各项心血管血流参数,从而客观、准确地评价被测者的心血管功能状态，这在预测心血管疾病以及指导心血管相关疾病的治疗中有着极其重要的意义。脉搏信号检测仪是治疗此类疾病的主要依据，其诊断可靠、方法简便、对病人无损害的优点在现代医学中具有很高的利用价值。1.1.1 脉搏概述脉搏即动脉搏动，随着心脏节律性的收缩和舒张，动脉管壁出现相应的扩张和回缩，在表浅动脉上可触到搏动。正常人的脉搏和心跳是一致的。正常成人为 60100 次/分，通常为 7
9、080 次/分，平均约 72 次/分；老年人则较慢，一般为 5560 次/分。正常人的脉率规则，不会出现脉搏间隔时间长短不一的现象；正常人的脉搏强弱也是均等的，不会出现强弱交替的现象。临床上有许多疾病，特别是心脏病可使脉搏发生异常变化。因此，测量脉搏对患有心血管类疾病的病人来讲是一个不可缺少的检查项目。我国传统医学中医更将切脉作为诊治疾病的主要方法。1.1.2 脉搏信号测量仪的应用医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般都是测量 10 秒钟内心脏跳动的次数，再把结果乘以 6，即得到每分钟的心跳数。可是这样
10、做还是比较费时，而且精度也不高。为了提高脉搏测量的速度和准确度，多种脉搏测量仪相继被运用到医学上来，从而开辟了一种全新的医学诊断方法。早在 1860 年，Vierordt 研发了第一台杠杆式脉搏描记仪，20 世纪 50 年代初，朱颜将脉搏仪引用到了中医脉诊上。此后，随着科学技术的飞速发展，国内外在脉象仪方面的研究进展迅速。到 70 年代中期，全国各地如上海、江西，都相继成立了跨学科的脉象研究协作组，多学科共同合作，促使中医脉象研究工作进入了一个新的境界。与此同时，脉搏测量仪在商业上的应用也在不断拓展，如运动器材、健身器材中的心率测试都用到了脉搏测量仪。随着科学技术的发展，脉搏测量技术越来越先进
11、，对脉搏的测量精度也越来越高。国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪，其中关键就是对苏 州 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）5脉搏传感器的研究。过去，在医院临床和中老年日常保健中出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，也可以对脉搏进行测量，但是这种便携式电子血压计存在体积庞大、加减压过程会出现不适、脉搏检测的精确度低等缺点。近年来，国内外致力于开发无创非接触式的传感器。这类传感器的一大重要特征就是测量的探测部分通常在体外，尤其是在体表就可以间接测量到人体的生理参数，对机体不造成任何创伤，测量精度高，并且能够自动消除仪表自身系统的误差。第 12 节 课题设计的目的与意义人体心室周期性
12、的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波称为脉搏波。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统的许多血流特征，因此对脉搏波的采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。历来中外医学界都把从脉搏波中提取到的人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的重要依据。苏 州 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）6第二章 设计思路第 21 节 方案选择2.1.1 脉搏信号测量仪的几种设计方案脉搏测量仪的设计，必须是通过采集人体脉搏变化引起的一些生物信号，然后把生物信号转化
13、为物理信号，使得这些变化的物理信号能够表现人体的脉搏变化，再通过相应的硬件电路及芯片来处理物理变化并存储脉搏次数，最终得出每分钟的脉搏次数，在硬件设计中物理信号一般就是电压变化。图 2-1 信号拾取电路方案一：采用红外发光二极管实现。随着心脏的搏动，人体组织的半透明度会随之改变。当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小；当血液流回心脏时，组织的半透明度增大。这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位尤为明显。因此，可以采用红外发光二极管产生红外线照射到人体的上述部位，并用装在该部位另一侧或旁边的红外光电管来检测机体组织的透明度并把它转换成电信号。由于这种信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比，
14、因此只要把它转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。图 2-1 为采用红外发光二极管实现脉搏信号测量仪的信号拾取电路。方案二：采用压电陶瓷片实现。随着心脏的搏动，人体手腕的脉搏和颈部的脉搏搏动较为明显，因此可以将压电传感器放于上述部位进行对脉搏信号的采集，当脉搏跳动时，压电陶瓷片会产生相应地信号。把压电传感器测到的信号转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。苏 州 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）7经比较，由于方案一只需人的一个小手指就可以方便快速的采集人体心率信号，所以选方案一。第 22 节 模块设计当手指放在红外发射二极管和
15、接收三极管中间，随着心脏的跳动，人体组织半透明度随之改变。由于手指放在光的传递途径中，血管中血液饱和度的变化会引起光的强度发生变化，因此和心跳的频率相对应，红外接收三极管的电流也跟着改变，这就使红外接收三极管输出脉冲信号。该信号经放大，滤波，整形后输出，再送入单片机进行计算，显示，就能实现实时检测心跳的目的，再通过报警电路就可实现报警功能。图 2-2 为系统的总体结构框图。图 2-2 总体结构框图第 2.3 节 系统设计脉搏信号测量仪的硬件电路部分包括信号调理电路、LM358 运放以及基于 52 单片机的显示电路。苏 州 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）8第三章 硬件设计第 3.
16、1 节 单片机的功能和特点3.1.1 单片机的主要性能AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。3.1.2 单片机的管脚介绍图 3-1 为单片机的管脚图。图 3-1 89C52 的结构框图
